水利樞紐與水工建筑物

第二章水工建（構(gòu)）筑物第一節(jié)概述第二節(jié)水工建筑物的類型第三節(jié)壩的類型及其對地質(zhì)條件的要求第一節(jié)概述1水利工程的根本任務(wù)

除水害和興水利。除水害主要就是防止洪水泛濫和瀝澇成災(zāi)；興水利則是從多方面利用水利資源為人民造福，主要包括：灌溉、發(fā)電、供水、航運、養(yǎng)殖等。2水利工程的類型：

（1）防洪工程（6）漁業(yè)水利工程（2）農(nóng)田水利工程（7）環(huán)境水利工程（3）水力發(fā)電工程（4）供水排水工程（5）航運工程水工建（構(gòu)）筑物

為了綜合利用水利資源，達(dá)到防洪、灌溉、發(fā)電、給水、航運等目的，修建的用于控制、支配、利用江河水流的建筑物，稱為水工建（構(gòu)）筑物。水利樞紐

水工建（構(gòu)）筑物的綜合體稱為水利樞紐。第二節(jié)水工建筑物的類型1水工建筑物的分類1）一般性建筑物:

不只為某一項水利事業(yè)服務(wù)的水工建筑物稱為一般性建筑物。（1）擋水建筑物：用以攔截河流，形成水庫或壅高水位。如各種壩、水閘以及為抗御洪水用的堤防等。（2）泄水建筑物：用以在洪水期間或其它情況下渲泄水庫（或渠道）的多余水量，以保證壩（或渠道）安全。如各種溢流壩、溢洪道、泄洪隧洞和泄洪涵管等。（3）輸水建筑物：為灌溉、發(fā)電、供水等，從水庫（或河道）向庫外（或下游）輸水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道和渡槽等。

（4）取水建筑物：是輸水建筑物的首部建筑，如為灌溉、發(fā)電、供水用的進(jìn)水閘、揚水站等。（5）整治建筑物：用以改善河流的水流條件、調(diào)整水流對河床及河岸的作用以及為防護(hù)水庫、湖泊中的波浪和水流對岸坡的沖刷而修筑的建筑物，如丁壩、順壩、導(dǎo)流堤、護(hù)底和護(hù)岸等。2）專門性建筑物:凡僅為一項水利事業(yè)（如防洪、灌溉、發(fā)電、給排水、航運、養(yǎng)殖）服務(wù)的水工建筑物稱為專門性建筑物。（1）水電站建筑物包括水電站的壓力管道、壓力前池、調(diào)壓塔和電站廠房等。（2）灌溉、排水建筑物包括灌溉渠道上的節(jié)制閘、分水閘和渠道上的建筑物等。（3）水運建筑物為保證河流通航及浮運木材而修建的建筑物，如船閘、升船機、筏道、碼頭等。（4）給水、排水建筑物包括自來水廠的抽水站、濾水池和水塔，以及排除污水的下水道等。（5）漁業(yè)建筑物為了使河流中的魚類通過壩、閘而修建的魚道、升魚機等。碧口水電站（心墻土石壩）-擋水建筑物2水工建筑物的特點（1）水的作用使建筑物的工作條件復(fù)雜化水的作用形式多樣：靜水壓力、浮托力、滲透壓力、動水壓力、波浪壓力、冰壓力等（2）水工建筑物具有較大的個別性地質(zhì)條件的差異，決定了水工建筑物的型式、結(jié)構(gòu)、尺寸和工作條件（3）施工條件復(fù)雜導(dǎo)流問題、基礎(chǔ)開挖問題、洪水問題（4）對國民經(jīng)濟和自然地質(zhì)環(huán)境的影響大影響是正反兩方面的。發(fā)電、防洪、航運、灌溉等可以帶來巨大的經(jīng)濟效益，淹沒、水庫誘發(fā)地震、庫岸再造、淤積、生態(tài)改變等環(huán)境問題也有巨大的負(fù)面影響。1）水庫的作用攔蓄洪水以防止水澇災(zāi)害；按用水部門需要，有計劃地分配徑流；抬高水位，為有關(guān)部門服務(wù)。按水庫在河河流上的地地貌類型分分類：（1）山谷水庫庫這類水庫庫是指山山谷丘陵陵區(qū)的水水庫，包包括峽谷谷水庫與與丘陵水水庫。峽峽谷水庫庫流域面面積小，，水量少少，河床床坡降大大，河谷谷橫斷面面多呈“V”字型。丘丘陵水庫庫在河流流中、上上游，流流域面積積較大，，水量較較充沛，，河床坡坡降較緩緩，橫斷斷面多為為“D”形，往往往是河流流開發(fā)重重點，可可以防洪洪發(fā)電、、灌溉和和改善航航運條件件等。2）水庫的的類型按水庫調(diào)調(diào)節(jié)周期期的長短短分類：：（1）日或周調(diào)調(diào)節(jié)水庫庫：在一日日或一周周之內(nèi)按按用水量量調(diào)節(jié)一一次的水水庫。（2）年調(diào)節(jié)水水庫：由于不不同季節(jié)節(jié)河流量量變化較較大，通通常水庫庫在汛前前放空到到一定高高程，汛汛期蓄存存一部分分洪水，，以防止止下游洪洪災(zāi)的發(fā)發(fā)生，或或提高同同年枯水水期的河河川流量量，進(jìn)行行一年內(nèi)內(nèi)的水量量重新分分配。大大多數(shù)中中、小型型水庫均均屬于此此種類型型。（3）多年調(diào)節(jié)節(jié)水庫：這類水水庫庫容容一般都都很大，，將豐水水年的多多余水量量蓄存起起來，以以補枯水水年水量量的不足足，進(jìn)行行多年內(nèi)內(nèi)的水量量重新分分配。這這類水庫庫同時也也起年、、周或日日調(diào)節(jié)。。（1）設(shè)計低水水位與墊墊底庫容容水庫在正正常用水水調(diào)節(jié)條條件下，，所能允允許泄空空的最低低水位，，稱為設(shè)設(shè)計低水位或或死水位位。該水位位以下的的水量，，一般不不許動用用。為了維持持水庫的的正常運運行，死死水位由由河流泥泥沙淤積積高程（（在水庫庫有效使使用年限限內(nèi)）、、自流灌灌溉孔口口高程、、水電站站保證出出力所需需水頭、、上游航航運所需需的水深深、養(yǎng)殖殖業(yè)的要要求等方方面的條條件來決決定。最最低水位位以下的的庫容稱稱墊底庫容容，也稱死庫容。3）水庫的的特征水水位與特特征庫容容V超V興V結(jié)V防V總設(shè)計蓄水位V墊設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位（2）正常高水水位與興興利庫容容為滿足各各用水部部門在枯枯水期或或枯水年年的需水水量，水水庫要在在豐水期期或豐水水年積蓄蓄一定的的水量，，以保證證除損耗耗外，能能滿足水水庫正常常運行。。這部分分庫容稱稱為興利庫容容或有效效庫容。。有效庫容容蓄滿后后的水位位稱正常高水水位或設(shè)計蓄水水位。V超V興V結(jié)V防設(shè)計蓄水位V墊校核洪水水位設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位（3）汛前限制制水位與與結(jié)合庫庫容為使水庫庫在汛期期發(fā)揮調(diào)調(diào)節(jié)洪水水的作用用，規(guī)定定在洪水水到來之之前，把把水庫的的蓄水下下泄到某某一水位位，騰空空一部分分庫容，，以備攔攔蓄洪水水。這一一水位稱稱為汛前限制制水位。從汛前限限制水位位至設(shè)計計蓄水位位之間的的庫容稱稱為結(jié)合庫容容。V超V興V結(jié)V防設(shè)計蓄水位V墊校核洪水水位設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位（4）設(shè)計洪水水位與防防洪庫容容水庫體現(xiàn)現(xiàn)防洪目目標(biāo)的設(shè)設(shè)計參數(shù)數(shù)是設(shè)計洪水水位與防洪庫容容。設(shè)計洪水水位要按按照水工工建筑物物的級別別，采用用規(guī)范規(guī)規(guī)定的設(shè)設(shè)計洪水水累積頻頻率或重重現(xiàn)期進(jìn)進(jìn)行設(shè)計計洪水調(diào)調(diào)節(jié)計算算。進(jìn)行設(shè)計計洪水調(diào)調(diào)節(jié)計算算時出現(xiàn)現(xiàn)的最高高水位稱稱為設(shè)計計洪水位位。自汛前限限制水位位到設(shè)計計洪水位位之間的的庫容積積稱為調(diào)洪庫容容，或防防洪庫容容V超V興V結(jié)V防設(shè)計蓄水位V墊校核洪水水位設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位（5）校核洪水水位與非非常攔洪洪庫容按發(fā)生校校核洪水水累積頻頻率的洪洪水進(jìn)行行水庫蓄蓄洪調(diào)節(jié)節(jié)計算，，將能達(dá)達(dá)到的最最大高度度，稱為為校核洪水水水位。這是水庫庫非常運運行情況況的最高高水位。。校核洪洪水位高高于設(shè)計計洪水位位。自汛前限限制水位位到校核核洪水位位之間的的庫容積積稱攔洪庫容容。它對洪洪水可以以起暫時時攔蓄和和削減洪洪峰流量量的作用用。自設(shè)計洪洪水位到到校核洪洪水位之之間的庫庫容積稱稱為超高庫容容。V超V興V結(jié)V防設(shè)計蓄水位V墊校核洪水水位設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位（6）水庫的總總庫容校核洪水水位以下下的庫容容為水庫庫的總庫庫容。V超V興V結(jié)V防設(shè)計蓄水位V墊校核洪水水位設(shè)計洪水水位防洪限制制水位設(shè)計低水水位V總圖12.8－2三峽工程正常蓄水位175m時水庫調(diào)度圖三峽工程程正常蓄蓄水位175m時水庫調(diào)調(diào)度圖注：<1>防破壞線線，<2>限制供水水線，（（Ⅰ）防洪區(qū)區(qū)，（Ⅱ）裝機預(yù)想出出力區(qū)，，（Ⅲ）保證出出力區(qū)，，（Ⅳ）降低出出力區(qū)三峽庫區(qū)區(qū)，汛期期（6月中旬～～9月底）水水庫限制制水位為為145m，以便洪洪水來臨臨時攔蓄蓄洪水。。若遇上上洪水，，壩前水水位達(dá)到到147.2m(5年一遇)，20年、50年、100年和1000年一遇洪洪水壩前前水位分分別為157.5m、162m、166.7m和175.0m。洪峰過過后，水水庫水位位又迅速速降低到到防洪限限制水位位145米左右，，以備可可能再次次發(fā)生洪洪水。三三峽水庫庫壩前水水位在145m～175m～145m之間波動動，水庫庫水位變變幅為30m。校核洪水水位：180.4。4水利樞紐紐和水工工建筑物物等級劃劃分工程等級工程規(guī)模分等指標(biāo)總庫容（億m3）防洪設(shè)計灌溉面積（km2）裝機容量（萬kW）保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田（km2）一大（1）型>10特重要城市、工礦區(qū)>3350>1005>75二大（2）型10-1重要城市、工礦區(qū)3350-6701005-33575-25三中型1-0.1中等城市、工礦區(qū)670-201335-33.525-2.5四小（1）型0.1-0.01一般城鎮(zhèn)、工礦區(qū)<20133.5-3.352.5-0.05五?。?）型<0.01<3.35<0.05山區(qū)、丘丘陵區(qū)水水利樞紐紐工程等等級劃分分水工建筑筑物分級級工程等級永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55第三節(jié)壩壩的的類型及及其對地地質(zhì)條件件的要求求1壩的分類類按建筑材材料分：：土石壩、、混凝土土壩、漿漿砌石壩壩、鋼筋筋混凝土土壩、橡橡膠壩按受力特特征分：：重力壩、、拱壩（（薄拱壩壩、雙曲曲拱壩））、支墩墩壩按是否泄泄水分：：非溢流壩壩、溢流流壩板橋水庫庫、石漫漫灘水庫庫垮壩事事件1975年8月5日-7日三天降降雨1600mm，7日6小時降雨雨830.1mm。（超過過當(dāng)時世世界最高高紀(jì)錄的的特大暴暴雨）1975年8月8日0：30，石漫灘灘水庫漫漫溢決口口潰壩，，決口寬寬446m。至6：00泄空，下下泄水量量1.67億方。1975年8月8日1：00，板橋水水庫漫溢溢決口。。1：30潰壩，決決口寬372m。至9：00泄空，下下泄水量量7.1億方。形成南北北寬150km、東西長長300km的淹沒區(qū)區(qū)，水深深都在2m以上。駐馬店、、南陽、、許昌、、周口、、平舞等等五個地地區(qū)26個縣（市）425個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）8997個行政村遭受受嚴(yán)重水災(zāi)，，受災(zāi)人口1029．5萬人，有450萬人處在洪水水圍困之中，，沖走耕畜3023萬頭，豬72萬頭，1778萬畝秋作物絕絕收，減產(chǎn)糧糧食25億公斤，倒塌塌房屋524萬間。106萬人一貧如洗洗，一無所有有。京廣鐵路102km受淹，有31km線路和40座橋梁被毀，，路基淘空，，鐵軌掀起，，1180節(jié)車廂、6臺機車沖毀，，鐵路中斷運運行18天，影響運輸輸47天。駐馬店地區(qū):災(zāi)民540.6萬人，傷亡120626人，其中淹死死22564人。有大、中中型水庫各一一座和24座小水庫潰壩壩，河堤上有有842處決口，總長長度184.55km，沖壞橋梁22606座，涵閘1883座，淹沒機井井28853眼，電灌站31處，沖毀公路路955km，通訊線路713.4km，高低壓電線線6000km，財產(chǎn)損失按按當(dāng)時幣值計計算達(dá)26．2億元人民幣。。遂平縣:全縣共遇難18767人。其中文城城鄉(xiāng)9600人，全家死絕絕者有227戶，魏灣村1976人中929人遇難，喪生生率47％。小許寺生生產(chǎn)隊117人僅存24人，喪生率達(dá)達(dá)80％。1993年據(jù)世界銀行行專家評估為為30億美元。全部部經(jīng)濟損失達(dá)達(dá)100億美元。2重力壩及其對對地質(zhì)條件的的要求用漿砌石或混混凝土材料修修筑而成，主主要依靠壩體體重量在壩體體與壩基接觸觸面產(chǎn)生的摩摩擦力來抵抗抗庫水推力，，以達(dá)到穩(wěn)定定。利用自重在上上游面產(chǎn)生的的壓應(yīng)力，使使之不產(chǎn)生拉拉張破壞。重力壩的的特征征重力壩靠自身身重量維持穩(wěn)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)作作用清楚，設(shè)設(shè)計方法簡便便。便于其建建筑物集中布布置。壩體斷面尺寸寸較大，與地地基接觸面廣廣，壩內(nèi)應(yīng)力力較低，耐久久性好。對地形條件適適應(yīng)性較好，，對地質(zhì)條件件的要求不太太高。除深厚厚覆蓋層一般般不宜建高壩壩外，都能較較好適應(yīng)各類類復(fù)雜和不均均勻地基。壩體斷面和混混凝土（砌體體）方量大，，壩內(nèi)應(yīng)力較較低，材料強強度未能充分分利用。重力壩的的類型型構(gòu)造不同分為為:實體重力壩,寬縫重力壩,空腹重力壩。。按作用不同分分為:溢流重力壩,非溢流重力壩壩。按筑壩材料的的不同分為:混凝土重力壩壩和漿砌石重重力壩。重力壩建設(shè)狀狀況目前國外已建建高度前幾位位的混凝土重重力壩瑞士：大狄克克遜壩（高285m，1968）墨西哥：阿爾爾瓦洛奧布雷雷貢壩（高260m，1980）印度：吉紹壩壩（高236m，1995）；巴克拉壩壩（高226m，1963）美國：德沃歇歇克壩（高219m，1972）吉爾吉斯斯坦坦：托克托古古爾壩（高215m，1978）我國建成或在在建高度前幾幾位的混凝土土重力壩三門峽（壩高高106m，1962）劉家峽（壩高高148m，1969）烏江渡（壩高高168m，1979）漫灣（壩高132m，1995）大朝山（壩高高115m，2000）三峽（壩高181m，2009）龍灘（壩高216m，2009）向家壩（壩高高161m，2015）長江三峽水利利工程重力壩壩剖面空腹重力壩寬縫重力壩湖南鳳灘水電電站空腹重力力壩印度把克拉壩壩（高226m）重力壩對地質(zhì)質(zhì)條件的要求求：（1）壩基要有足足夠強度，包包括抗壓強度度與抗剪強度度。一般修建建在巖石壩基基上（2）壩基變形與與沉降要很小小（3）壩基巖體滲滲透性弱，避避免產(chǎn)生較大大的動水壓力力（4）就近要有足足夠的合乎質(zhì)質(zhì)量的建筑材材料3拱壩拱壩是凸向上上游的空間殼殼體結(jié)構(gòu)，壩壩體受到的荷荷載一部分通通過拱的作用用傳到兩岸巖巖基（壩肩）），一部分通通過懸臂梁作作用傳到壩底底巖基。拱壩的特特征壩體為一空間間殼體結(jié)構(gòu)，，在平面上呈呈拱形。通過過整體作用將將壩體承受的的外荷載合理理分配到兩岸岸和壩底基巖巖。壩體的穩(wěn)穩(wěn)定性主要依依靠兩岸拱座座的反力作用用及部分靠壩壩體自重來維維持。拱壩一般按最最大高度的厚厚度和壩高的的比值，分為為薄拱壩（<0.2）、厚中拱壩壩(0.2～0.35)、重力拱壩(>0.35)。拱壩屬于高高次超靜定結(jié)結(jié)構(gòu)，具有很很高的超載能能力，能充分分發(fā)揮材料強強度，節(jié)省工工程量和投資資。拱壩一般建在在地形較窄、、兩岸對稱性性較好的河谷谷。壩址的基基巖要求堅硬硬、完整、質(zhì)質(zhì)地較均勻、、耐風(fēng)化、無無較大的斷層層破碎帶?，F(xiàn)現(xiàn)在逐步放寬寬了對地形地地質(zhì)條件的要要求。拱壩建設(shè)狀況況國外建成的高高拱壩格魯吉亞：英英古里（高272m，1982）意大利：瓦依依昂（高262m，1960）瑞士：莫瓦桑桑（高251m，1958）土耳其：德里里內(nèi)爾（高247m，2004）俄羅斯：薩彥彥舒申斯克（（高245m，1989）洪都拉斯：埃埃爾卡洪（高高234m，1985）我國已建或在在建的高拱壩壩二灘（高240m，2000）德基（高181m，1974）東江（高157m，1987）隔河巖（高151m，1993）龍羊峽（高178m，1992）錦屏一級（高高305m世界第一高雙雙曲拱壩在在建05.11.12開工2014竣工四川雅雅礱江）小灣（高292m2011）溪洛渡（高273m在建）拉西瓦（高254m2009）構(gòu)皮灘（高225m2011）貴陽市沙老河河水庫薄拱壩壩壩高62m拱壩對地質(zhì)條條件的要求：：（1）壩址應(yīng)為左左右對稱的峽峽谷地形，峽峽谷越陡峭越越利于發(fā)揮其其特征（2）壩基與壩肩肩要有足夠強強度，尤其對對壩肩要求特特別高，無與與推力方向一一致的結(jié)構(gòu)面面存在4土石壩土石壩泛指由由當(dāng)?shù)赝亮?、、石料或混合合料，?jīng)過拋拋填、輾壓等等方法堆筑成成的擋水壩。。當(dāng)壩體材料料以土和砂礫礫為主時，稱稱土壩、以石石渣、卵石、、爆破石料為為主時，稱堆堆石壩；當(dāng)兩兩類當(dāng)?shù)夭牧狭暇枷喈?dāng)比比例時，稱土土石混合壩。。土石壩是歷史史最為悠久的的一種壩型。。壩身不能用于于泄洪，必須須設(shè)溢洪道等等。壩坡要小于天天然坡角（國國內(nèi)外土石壩壩破壞1/4為滑坡破壞））。做好防滲與排排水要有堅固的護(hù)護(hù)坡天生橋一級電電站混凝土面面板堆石壩高高178m土石壩的特征征世界上最古老老的擋水壩就就是土石壩，，當(dāng)代土石壩壩的主要壩型型有土心墻壩壩、混凝土面面板堆石壩、、瀝青混凝土土堆石壩、土土工膜防滲土土石壩、定向向爆破堆石壩壩等。土石壩對適應(yīng)應(yīng)不良的地形形地質(zhì)條件具具有顯著優(yōu)越越性。在優(yōu)良良地質(zhì)和峽谷谷地形也有強強大的競爭力力。隨著對筑壩材